発熱抑制器
【課題】 開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させる。
【解決手段】 発熱抑制器１０８は、ガス容器１００へのガスの充填およびガス容器１００に蓄えられたガスの消費の際に発生する発熱を抑制する。発熱抑制器１０８は、開閉弁１０２に接続されガスが通過するガス通過路１３０，１３４と、ガス膨張室１３２とを備える。ガス通過路１３０は開閉弁１０２に接続される。ガス通過路１３０，１３４をガスが通過する。ガス膨張室１３２はガス通過路１３０，１３４と連通する。ガス膨張室１３２でガスが膨張する。
【解決手段】 発熱抑制器１０８は、ガス容器１００へのガスの充填およびガス容器１００に蓄えられたガスの消費の際に発生する発熱を抑制する。発熱抑制器１０８は、開閉弁１０２に接続されガスが通過するガス通過路１３０，１３４と、ガス膨張室１３２とを備える。ガス通過路１３０は開閉弁１０２に接続される。ガス通過路１３０，１３４をガスが通過する。ガス膨張室１３２はガス通過路１３０，１３４と連通する。ガス膨張室１３２でガスが膨張する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抑制器に関し、特に、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる、発熱抑制器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に使用されるガスの多くは危険なガスである。危険といわれる理由の例には毒性と可燃性と腐食性とがある。このような背景があるので、半導体製造設備においては、災害発生時に遠隔操作でこれらのガスの供給を緊急遮断する必要がある。そのため、エア式アクチュエータ弁が多く利用されている。エア式アクチュエータ弁はエアの供給と遮断とを行うことで自動的に開閉できる。
【０００３】
しかしエア式アクチュエータ弁には、ハンドル付手動弁と異なり、人間の手による「ゆっくり開ける」動作が出来ないという問題点が存在している。すなわち、エア式アクチュエータ弁は一気に開いたり一気に閉じたりする。エア式アクチュエータ弁を一気に開くことによって、その弁の二次側管路（その弁を通過するガスがその弁から出るためのその弁の内部の管路およびその弁の外部にあってその管路の下流にあたる管路のこと。そのガスがその弁の中へ入るための管路およびそれに続くその弁の内部の管路を「一次側管路」と称する。）内で断熱圧縮により大きな熱が発生することがある。二次側管路を流れるガスの種類によっては、その熱がガス自体および半導体製造機器に悪影響を与えることがある。その熱によって二次側管路内のガスケットなどの可燃物が燃焼するという事故に至ることもある。
【０００４】
こういった問題は人間の手によりハンドル付手動弁を誤って一気に開く場合にも発生する。また、こういった問題は、半導体製造設備に限らず、様々な設備において生じる。
【０００５】
上述した問題を解決するため、特許文献１は、高圧ガス容器弁にかかる発明を開示している。その高圧ガス容器弁は、弁体開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータへ供給するアクチュエータ駆動用の流体（以下、「駆動用流体」と称する。）の流量をオリフィスで絞っていることである。
【０００６】
特許文献１に開示された高圧ガス容器弁によれば、その駆動用流体の流量をオリフィスで絞ることにより弁体をゆっくり開くことができる。弁体をゆっくり開くことができるので、弁体を開いた場合の断熱圧縮によるガス温度上昇を抑制できる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された高圧ガス容器弁には、弁体を開くための所要時間の合計が長すぎるという問題がある。
【０００８】
特許文献２に開示された発明は、上述した問題を解決する。特許文献２に開示された発明は、制御器にかかる発明である。その制御器は、ダイヤフラム弁に接続される。その制御器は、ダイヤフラム弁開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータが流量調整弁に加え補助連通路と緩衝機構とを備えていることである。緩衝機構は調圧ばねなどから構成される。駆動用流体をアクチュエータへ供給し始める際、駆動用流体は流量調整弁からも補助連通路からもアクチュエータ内の圧力室に入る。アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると補助連通路は閉鎖される。これにより、アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると、流量調整弁を通過した駆動用流体のみが圧力室に入ることになる。緩衝機構が設けられているので、補助連通路が閉鎖される前のピストンの動きがそのままダイヤフラム弁に伝わることはない。このため、補助連通路は閉鎖される前において、アクチュエータ内のピストンが移動してダイヤフラム弁が開放されてしまうことを防止できる。
【０００９】
特許文献２に開示された制御器によれば、駆動用流体の供給開始直後における駆動用流体の流量を多くできる。緩衝機構が設けられているので、この時期はダイヤフラム弁の開閉にほとんど影響がない。そのため、ダイヤフラム弁を一気に開いたことによるガス温度上昇の防止とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とを図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示された制御器には、次のような問題点が存在する。第１の問題点は、ダイヤフラム弁を開くための時間につき改良の余地があるという問題点である。特許文献２に開示された制御器を用いた場合にもダイヤフラムをゆっくり開けている期間が存在する。つまり、特許文献２に開示された制御器はダイヤフラムを一気に開くことができない。第２の問題点は、特許文献２に開示された制御器を用いた場合、その構造が複雑であるという問題点である。構造が複雑であることは制御器コストの上昇につながる。しかも、特許文献２に開示された制御器は１つのダイヤフラム弁しか制御できない。このため、ダイヤフラム弁の数だけこの制御器を用意する必要がある。ダイヤフラム弁の数だけ制御器を用意する必要があることは、構造の複雑さという問題の影響をさらに大きくしている。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。その目的とするところは、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる、発熱抑制器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、管路を開閉する開閉弁１０２に接続される。発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、開閉弁１０２を介したガス容器１００へのガスの充填およびガス容器１００に蓄えられたガスの消費の際に用いられる。発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０とを備える。ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１は開閉弁１０２に接続される。ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１をガスが通過する。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０はガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と連通する。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０でガスが膨張する。
【００１４】
ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０がガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と連通しているので、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１を通過するガスの少なくとも一部はガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０に入る。ガスがガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０に入ると、そのガスは膨張する。ガスが膨張することでそのガスの圧力と温度とが低下する。
【００１５】
一方、開閉弁１０２の二次側管路１２９でのガスの温度上昇は、圧力の高いガスが開閉弁１０２の二次側管路１２９内を進むことでその中のガスが急速に圧縮されるために生じる。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０の中でガスが膨張すると、そのガスの圧力と温度とが低下する。ガスの圧力と温度とが低下すると、そのガスの持つエネルギが減少する。エネルギが減少したガスがそこからさらに下流へ流れることで、その下流のガスが急速に圧縮される現象を抑えることができる。ガスが急速に圧縮される現象を抑えることができるので、ガスの温度上昇も抑制される。
【００１６】
このとき、ガスの温度上昇を抑制するには、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０とがあればよい。その結果、構造を簡素化させることができる。
【００１７】
また、上述したガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１が、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へガスが流入するためのガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０内のガスがガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０から流出するためのガス流出路１３４，２２４，２５４とを有していることが好ましい。
【００１８】
ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１がガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１とガス流出路１３４，２２４，２５４とを有することで、ガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１からガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へ入り、ガス流出路１３４，２２４，２５４から出るという、ガスの流れが形成される。このようなガスの流れが形成されることで、ガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１からガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へ入って膨張し、温度と流速とが低下したガスの一部は、速やかにガス流出路１３４，２２４，２５４へ流れることとなる。そういったガスは、ガス流出路１３４，２２４，２５４の中で、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０内へいったん拡がった後にガス流出路１３４，２２４，２５４へ流出するガスに対して緩衝作用を及ぼす。そういった緩衝作用があることで、発熱抑制器より下流側の管路内のガスが急速に圧縮される現象を抑えることができる。その結果、ガスの温度上昇を抑制できる。
【００１９】
また、上述したガス膨張室１３２，３５０が、入口配置面１８２，３６２と、出口配置面１８４，３６４と、空間包囲部１８０，３６０とを有していることが好ましい。入口配置面１８２，３６２には、ガス流入路１３０，２９１の入口１３６，２９３が配置される。出口配置面１８４，３６４は、入口配置面１８２，３６２に対向する。出口配置面１８４，３６４には、ガス流出路１３４の出口１３８が配置される。空間包囲部１８０，３６０は、入口配置面１８２，３６２の外周と出口配置面１８４，３６４の外周とに連なる。空間包囲部１８０，３６０は、入口配置面１８２，３６２と出口配置面１８４，３６４との間の内部空間を包囲する。
【００２０】
入口配置面１８２，３６２にガス流入路１３０，２９１の入口１３６，２９３が配置され、入口配置面１８２，３６２と出口配置面１８４，３６４との間の内部空間を空間包囲部１８０，３６０が包囲する構造となっているので、入口１３６，２９３からガス膨張室１３２，３５０内へ入ったガスはさまざまな方向へ向かって膨張することになる。そのようにガスが膨張するので、ガスの膨張方向が所定の限られた方向となるよう規制される場合に比べ、ガスの圧力低下と温度低下とに効果がある。その結果、圧力の高いガスが二次側管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが二次側管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２１】
また、上述した空間包囲部１８０，３６０が、入口側曲面３１０，３８０と、出口側曲面３１２，３８２とを有することが好ましい。入口側曲面３１０，３８０は、入口配置面１８２，３６２に隣接し、かつ、入口配置面１８２，３６２を取囲む。出口側曲面３１２，３８２は、出口配置面１８４，３６４に隣接し、かつ、出口配置面１８４，３６４を取囲む。
【００２２】
入口側曲面３１０，３８０と出口側曲面３１２，３８２とが設けられていることにより、入口配置面１８２，３６２と空間包囲部１８０，３６０との境界、および、空間包囲部１８０，３６０と出口配置面１８４，３６４との境界が、丸みを帯びることとなる。これにより、これらの境界が角を形成している場合に比べ、ガスおよびパーティクルが滞留することを防ぐ。
【００２３】
また、上述したガス流入路１３０の入口１３６が内部空間を挟んで出口配置面１８４のうち出口１３８とは異なる箇所に対向していることが好ましい。
【００２４】
入口１３６が内部空間を挟んで出口配置面１８４のうち出口１３８とは異なる箇所に対向しているため、ガス膨張室１３２内に入り一直線に進んだガスは、出口配置面１８４のうち入口１３６が対向している箇所に当たることとなる。すなわち出口配置面１８４に当たるので、ガスの流速は低下する。ガスの流速が低下するので、ガス膨張室１３２を出たガスの圧力はガス膨張室１３２に入る前に比べて低下している。ガスの圧力が低下するので、ガス膨張室１３２内に入ったガスが一直線に進んで出口１３８から出て行く場合に比べ、圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２５】
また、上述したガス流入路１３０からガス膨張室１３２へのガスの流入方向がガス流入路１３０の入口１３６からガス流出路１３４の出口１３８へ向かう方向に対して傾くようガス流入路１３０が設けられていることが好ましい。
【００２６】
ガス流入路１３０からガス膨張室１３２へのガスの流入方向が入口１３６から出口１３８へ向かう方向に対して傾いていることで、ガス膨張室１３２内に入ったガスはまずガス膨張室１３２の内周面に沿って移動した後、出口１３８から出て行くこととなる。まずガス膨張室１３２の内周面に沿って移動するので、既にガス膨張室１３２内にあったガスから緩衝作用を受け、ガスの圧力と流速とは低下する。ガスの圧力と流速とが低下するので、ガス膨張室１３２内に入ったガスが一直線に進んで出口１３８から出て行く場合に比べ、圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２７】
また、上述したガス流入路２９１の内径が、ガス流入路２９１の入口２９３に近づくにつれ広がっていることが好ましい。
【００２８】
入口２９３に近づくにつれガス流入路２９１の内径が広がっているので、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、入口２９３から出口１３８へまっすぐ向かう供給ガスが少なくなっている。このため、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、ガス流出路１３４内における供給ガスの気圧または流速が高くならない。そのため、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、温度上昇を抑えることができる。
【００２９】
また、上述した発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、開閉弁１０２と一体となっていることが好ましい。
【００３０】
また、上述したガス容器１００がガスボンベであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例にかかるガス供給設備の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例にかかる発熱抑制器の斜視図である。
【図３】本発明の実施例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図４】本発明の第１変形例にかかる発熱抑制器の外形とガス膨張室の形状とを示す概念図である。
【図５】本発明の第２変形例にかかる発熱抑制器の外形とガス膨張室の形状とを示す概念図である。
【図６】本発明の第３変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図７】本発明の第４変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図８】本発明の第５変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図９】本発明の第６変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
［ガス供給設備の構成］
図１は、本実施例にかかるガス供給設備１０の構成を示す図である。本実施例において、ガス供給設備１０にはガス容器すなわちガスボンベ１００が収容されている。ガスボンベ１００にダイヤフラム式開閉弁１０２が装着されている。ダイヤフラム式開閉弁１０２にエア式アクチュエータ１０４が接続される。エア式アクチュエータ１０４に電磁式切換弁１０６が接続される。電磁式切換弁１０６を励磁したり消磁したりすることで、エア式アクチュエータ１０４にエア（エアに限らず、その他の種類の駆動流体であってもよいことは言うまでもない）が流れたり、エア式アクチュエータ１０４から大気中へエアが放出されたりする。また、ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側管路１２９に発熱抑制器１０８が接続される。発熱抑制器１０８に周知の配管バルブ１１０が接続される。図１から明らかなように、これらはシリンダーキャビネット１１２内に備え付けてある。本実施例の場合、ガスボンベ１００の中のガス（以下、本実施例ではこのガスのことを「供給ガス」と称する。）はダイヤフラム式開閉弁１０２の取付ネジ部１２０を経由して図示しない半導体製造設備に供給される。すなわち、ダイヤフラム式開閉弁１０２は、図示しない半導体製造設備に供給ガスを供給するための管路を開閉するものである。
【００３５】
［発熱抑制器の構成］
図２は発熱抑制器１０８の斜視図である。図２に示す発熱抑制器１０８はその一部が切取られたものである。発熱抑制器１０８の構成を説明する。本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、図１に示したボルト１５０とナット１５２とで２つの部材が一体化されたものである。本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。
【００３６】
ガス流入路１３０に上述した供給ガスが流れる。その供給ガスはガス膨張室１３２に流入する。ガス膨張室１３２内で供給ガスが膨張する。ガス膨張室１３２内で膨張した供給ガスはガス流出路１３４へ流出し、そのまま配管バルブ１１０へ流れる。入口側接続穴１４０は図１に示した継手１７０（本実施例の場合、継手１７０内における供給ガスの流路の内径はガス流入路１３０の内径と等しい。もちろん、継手１７０内における供給ガスの流路の内径がガス流入路１３０の内径より小さくても良いことは言うまでもない。）がねじ込まれる穴である。出口側接続穴１４２は配管バルブ１１０の一端（本実施例の場合、配管バルブ１１０の一端における供給ガスの流路の内径はガス流出路１３４の内径と等しい。）がねじ込まれる穴である。ガスケット１４４はガス膨張室１３２から供給ガスが漏れるのを防ぐ。ボルト貫通孔１４６は図１に示したボルト１５０が貫通する孔である。
【００３７】
ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。入口配置面１８２の中心にガス流入路１３０の入口１３６が配置される。出口配置面１８４は入口配置面１８２に対向する。出口配置面１８４の中心にガス流出路１３４の出口１３８が配置される。本実施例における入口１３６はガス膨張室１３２の内部空間を挟んで出口１３８に対向している。図２から明らかなように、空間包囲部１８０は、入口配置面１８２の外周と出口配置面１８４の外周とに連なっている。空間包囲部１８０は、入口配置面１８２と出口配置面１８４との間にある空間を包囲する。
【００３８】
図３に示すように、本実施例にかかる空間包囲部１８０は、入口側曲面３１０と、出口側曲面３１２と、環状面３１４とを有する。入口側曲面３１０は、入口配置面１８２に隣接し、かつ、入口配置面１８２を取囲む。入口側曲面３１０が設けられていることで、入口配置面１８２と空間包囲部１８０との境界部分は丸みを帯びている。出口側曲面３１２は、出口配置面１８４に隣接し、かつ、出口配置面１８４を取囲む。出口側曲面３１２が設けられていることで、出口配置面１８４と空間包囲部１８０との境界部分も丸みを帯びている。環状面３１４は、入口側曲面３１０と出口側曲面３１２との間の面である。
【００３９】
［発熱抑制手順］
半導体製造設備のオペレータがその半導体製造設備に供給ガスを供給する際に本実施例にかかる発熱抑制器１０８を利用して発熱を抑制するための手順を説明する。
【００４０】
まず、オペレータは、電磁式切換弁１０６を励磁する。これにより供給源２０から供給されたエアはただちにエア式アクチュエータ１０４に入り、その中のピストン１６０を押上げる。次に、ピストン１６０は、皿バネ１２４によるステム１２２を押下げる力に逆らって、ステム１２２を引上げる。ステム１２２が引上げられると、ダイヤフラム１２６は全開となる。これにより、ダイヤフラム式開閉弁１０２の一次側管路１２８から二次側管路１２９へ供給ガスが一気に流れる。
【００４１】
二次側管路１２９へ流れた供給ガスは、継手１７０を介して発熱抑制器１０８のガス流入路１３０に入る。ガス流入路１３０に入った供給ガスは入口１３６を通ってガス膨張室１３２に入る。入口１３６付近で供給ガスは断熱膨張に近い状態で膨張する。その膨張によって供給ガスの温度は一気に低下する。しかも、その膨張によって供給ガスの流速は一気に低下する。このようにして温度と流速とが低下した供給ガスの一部は直ちに出口１３８を通ってガス流出路１３４内へ流出する。
【００４２】
温度と流速とが低下した供給ガスの残りはガス膨張室１３２内へ拡がる。もともとガス膨張室１３２内にあった供給ガスはその温度と流速とが低下した供給ガスによって断熱圧縮に近い状態で圧縮される。圧縮されたことにより、もともとガス膨張室１３２内にあった供給ガスの温度は上昇する。温度が上昇した供給ガスは、入口１３６から出口１３８の方へ向かう温度が低く前もって入った供給ガスと混合して順次出口１３８を通ってガス流出路１３４内へ流出する。
【００４３】
［本実施例にかかる発熱抑制器の効果の説明］
以上のようにして、本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、ガス膨張室１３２内で膨張することにより温度と流速とが低下した供給ガスの一部が直ちに出口１３８からガス流出路１３４へ流れる。このときその供給ガスがガス流出路１３４より下流側の管路内の供給ガスに与えるエネルギは、ガス膨張室１３２に入った瞬間の供給ガスのエネルギに比べると小さい。また温度と流速とが低下した供給ガスの一部が直ちにガス流出路１３４へ流れることで、その供給ガス自身が、ガス膨張室１３２内へいったん拡がった後にガス流出路１３４へ流出する高速度で高温な供給ガスに対して緩衝作用を及ぼす。そういった緩衝作用があることで、発熱抑制器１０８の下流側における発熱を抑制する。
【００４４】
［変形例の説明］
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上述した発熱抑制器１０８はダイヤフラム式開閉弁１０２と一体となっていてもよい。なお、ここでいう「一体」とは、発熱抑制器１０８の機能を果たす部分とダイヤフラム式開閉弁１０２本来の機能を果たす部分とが１つの構造物の中に存在しており、かつ、発熱抑制器１０８の機能を果たす部分がダイヤフラム式開閉弁１０２本来の機能を果たす部分に接続された状態であることを意味する。また、発熱抑制器１０８は開閉弁１０２を介したガス容器１００へのガスの充填に用いられてもよい。この場合、発熱抑制器１０８は、上述した配管バルブ１１０に代えて、図示しないガス供給装置の開閉弁に接続されている。また、ガス流入路１３０とガス流出路１３４とに代え、１本のガス通過路が設けられてもよい。この場合、入口１３６と出口１３８に代え、１つの連通孔によってガス膨張室１３２とガス通過路とが連通していてもよい。その他の様々な変形例も本発明の範囲に含まれる。以下、そのような変形例の一部を説明する。
【００４５】
<第１変形例>
図４は、本発明の第１変形例にかかる発熱抑制器２００の外形とガス膨張室２２２の形状とを示す概念図である。本変形例にかかる発熱抑制器２００は、複数の部材が図示しないボルトにより一体化することで形成されているが、本発明にかかる発熱抑制器の構造はそういった構造に限定されるものではない。本変形例にかかる発熱抑制器２００は、ガス流入路２２０と、ガス膨張室２２２と、ガス流出路２２４とを備える。ガス流入路２２０に供給ガスが流れる。その供給ガスは入口２２６を経てガス膨張室２２２に流入する。ガス膨張室２２２内で供給ガスが膨張する。図４から明らかなように、ガス膨張室２２２の形状は円筒形である。ガス膨張室２２２内で膨張した供給ガスは出口２２８を経てガス流出路２２４へ流出する。
【００４６】
<第２変形例>
図５は、本発明の第２変形例にかかる発熱抑制器２４０の外形とガス膨張室２５２の形状とを示す概念図である。本変形例にかかる発熱抑制器２４０も、複数の部材が図示しないボルトにより一体化することで形成されているが、本発明にかかる発熱抑制器の構造はそういった構造に限定されるものではない。本変形例にかかる発熱抑制器２４０は、ガス流入路２５０と、ガス膨張室２５２と、ガス流出路２５４とを備える。ガス流入路２５０に供給ガスが流れる。その供給ガスは入口２５６を経てガス膨張室２５２に流入する。ガス膨張室２５２内で供給ガスが膨張する。図５から明らかなように、ガス膨張室２５２の形状は球形である。ガス膨張室２５２内で膨張した供給ガスは出口２５８を経てガス流出路２５４へ流出する。
【００４７】
<第３変形例>
図６は、本発明の第３変形例にかかる発熱抑制器３００の断面図である。本変形例にかかる発熱抑制器３００は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室３５０と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、ガス膨張室３５０の形状である。本変形例にかかるガス膨張室３５０の形状は扁球形すなわち押し潰された球形である。本変形例にかかるガス膨張室３５０は、空間包囲部３６０と、入口配置面３６２と、出口配置面３６４とを有している。入口配置面３６２と、出口配置面３６４とは、凹んだ曲面であることを除けば、図２で示した発熱抑制器１０８の入口配置面１８２および出口配置面１８４と同一である。本変形例にかかる空間包囲部３６０は、図２で示した空間包囲部１８０と同様に、入口配置面３６２の外周と出口配置面３６４の外周とに連なり、かつ、入口配置面３６２と出口配置面３６４との間の内部空間を包囲する。空間包囲部３６０は、入口側曲面３８０と出口側曲面３８２とが連なったものである。したがって、断面形状は半円形である。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。他の変形例と同様に、入口１３６の位置が図６で示した位置に限定されないことは言うまでもない。
【００４８】
<第４変形例>
図７は、本発明の第４変形例にかかる発熱抑制器２７０の断面図である。本変形例にかかる発熱抑制器２７０は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかる発熱抑制器２７０の場合、ガス流入路１３０と入口１３６との位置が図２で示した発熱抑制器１０８と異なるため、入口１３６がガス膨張室１３２の内部空間を挟んでガス膨張室１３２の内周面（すなわち本変形例の場合には出口配置面１８４）に対向していることのみである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。ただし入口１３６の位置が図７で示した位置に限定されないことは言うまでもない。本変形例にかかる発熱抑制器２７０は、入口１３６が出口配置面１８４に対向しているので、入口１３６を経てガス膨張室１３２内に入った供給ガスはまず出口配置面１８４に衝突することとなる。出口配置面１８４に衝突することで直接出口側接続穴１４２に流れ込まないので、供給ガスの流速はその分低下する。流速が低下するので、空間包囲部１８０付近での温度上昇を抑えることができる。
【００４９】
<第５変形例>
図８は、本発明の第５変形例にかかる発熱抑制器２８０の断面図である。図２で示した発熱抑制器１０８および第４変形例にかかる発熱抑制器２７０と同様、本変形例にかかる発熱抑制器２８０も、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかる発熱抑制器２８０の場合、ガス流入路１３０の中心軸がガス流出路１３４の中心軸に対して５°（π／３６ラジアン）傾いているため、入口１３６がガス膨張室１３２の内部空間を挟んでガス膨張室１３２の内周面（すなわち本変形例の場合には出口配置面１８４）に対向していることのみである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。ただしガス流出路１３４の中心軸に対するガス流入路１３０の中心軸の傾き（ガス流出路１３４内の流れの方向に対するガス流入路１３０内の流れの方向の傾き）が上述したものに限定されないことは言うまでもない。この傾きは、５°〜１５°（π／３６ラジアン〜π／１２ラジアン）であることが好ましい。本変形例にかかる発熱抑制器２８０において入口１３６が出口配置面１８４に傾斜対向しているので、入口１３６を経てガス膨張室１３２内に入った供給ガスはまず出口配置面１８４に傾斜衝突することとなる。出口配置面１８４に衝突するので、供給ガスの流速はその分低下する。流速が低下するので、空間包囲部１８０付近での温度上昇を抑えることができる。
【００５０】
<第６変形例>
図９は、本発明の第６変形例にかかる発熱抑制器２９０の断面図である。図２で示した発熱抑制器１０８および第４変形例にかかる発熱抑制器２７０と同様、本変形例にかかる発熱抑制器２９０も、ガス流入路２９１と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかるガス流入路２９１の場合、ガス膨張室１３２への入口２９３に近づくにつれ内径が広がっていることである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。本変形例にかかる発熱抑制器２９０は、ガス流入路２９１の内径が入口２９３に近づくにつれ広がっているので、図２で示した発熱抑制器１０８に比べ、入口２９３から出口１３８へまっすぐ向かう供給ガスが少なくなっている。このため、ガス流出路１３４内における供給ガスの気圧または流速が高くならない。そのため、温度上昇を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…ガス供給設備
２０…供給源
１００…ガスボンベ
１０２…ダイヤフラム式開閉弁
１０４…エア式アクチュエータ
１０６…電磁式切換弁
１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００…発熱抑制器
１１０…配管バルブ
１１２…シリンダーキャビネット
１２０…弁本体
１２２…ステム
１２４…皿バネ
１２６…ダイヤフラム
１２８…一次側管路
１２９…二次側管路
１３０，２２０，２５０，２９１…ガス流入路（ガス通過路）
１３２，２２２，２５２，３５０…ガス膨張室
１３４，２２４，２５４…ガス流出路（ガス通過路）
１３６，２２６，２５６，２９３…入口
１３８，２２８，２５８…出口
１４０…入口側接続穴
１４２…出口側接続穴
１４４…ガスケット
１４６…ボルト貫通孔
１５０…ボルト
１５２…ナット
１６０…ピストン
１７０…継手
１８０，３６０…空間包囲部
１８２，３６２…入口配置面
１８４，３６４…出口配置面
３１０，３８０…入口側曲面
３１２，３８２…出口側曲面
３１４…環状面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抑制器に関し、特に、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる、発熱抑制器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に使用されるガスの多くは危険なガスである。危険といわれる理由の例には毒性と可燃性と腐食性とがある。このような背景があるので、半導体製造設備においては、災害発生時に遠隔操作でこれらのガスの供給を緊急遮断する必要がある。そのため、エア式アクチュエータ弁が多く利用されている。エア式アクチュエータ弁はエアの供給と遮断とを行うことで自動的に開閉できる。
【０００３】
しかしエア式アクチュエータ弁には、ハンドル付手動弁と異なり、人間の手による「ゆっくり開ける」動作が出来ないという問題点が存在している。すなわち、エア式アクチュエータ弁は一気に開いたり一気に閉じたりする。エア式アクチュエータ弁を一気に開くことによって、その弁の二次側管路（その弁を通過するガスがその弁から出るためのその弁の内部の管路およびその弁の外部にあってその管路の下流にあたる管路のこと。そのガスがその弁の中へ入るための管路およびそれに続くその弁の内部の管路を「一次側管路」と称する。）内で断熱圧縮により大きな熱が発生することがある。二次側管路を流れるガスの種類によっては、その熱がガス自体および半導体製造機器に悪影響を与えることがある。その熱によって二次側管路内のガスケットなどの可燃物が燃焼するという事故に至ることもある。
【０００４】
こういった問題は人間の手によりハンドル付手動弁を誤って一気に開く場合にも発生する。また、こういった問題は、半導体製造設備に限らず、様々な設備において生じる。
【０００５】
上述した問題を解決するため、特許文献１は、高圧ガス容器弁にかかる発明を開示している。その高圧ガス容器弁は、弁体開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータへ供給するアクチュエータ駆動用の流体（以下、「駆動用流体」と称する。）の流量をオリフィスで絞っていることである。
【０００６】
特許文献１に開示された高圧ガス容器弁によれば、その駆動用流体の流量をオリフィスで絞ることにより弁体をゆっくり開くことができる。弁体をゆっくり開くことができるので、弁体を開いた場合の断熱圧縮によるガス温度上昇を抑制できる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された高圧ガス容器弁には、弁体を開くための所要時間の合計が長すぎるという問題がある。
【０００８】
特許文献２に開示された発明は、上述した問題を解決する。特許文献２に開示された発明は、制御器にかかる発明である。その制御器は、ダイヤフラム弁に接続される。その制御器は、ダイヤフラム弁開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータが流量調整弁に加え補助連通路と緩衝機構とを備えていることである。緩衝機構は調圧ばねなどから構成される。駆動用流体をアクチュエータへ供給し始める際、駆動用流体は流量調整弁からも補助連通路からもアクチュエータ内の圧力室に入る。アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると補助連通路は閉鎖される。これにより、アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると、流量調整弁を通過した駆動用流体のみが圧力室に入ることになる。緩衝機構が設けられているので、補助連通路が閉鎖される前のピストンの動きがそのままダイヤフラム弁に伝わることはない。このため、補助連通路は閉鎖される前において、アクチュエータ内のピストンが移動してダイヤフラム弁が開放されてしまうことを防止できる。
【０００９】
特許文献２に開示された制御器によれば、駆動用流体の供給開始直後における駆動用流体の流量を多くできる。緩衝機構が設けられているので、この時期はダイヤフラム弁の開閉にほとんど影響がない。そのため、ダイヤフラム弁を一気に開いたことによるガス温度上昇の防止とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とを図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示された制御器には、次のような問題点が存在する。第１の問題点は、ダイヤフラム弁を開くための時間につき改良の余地があるという問題点である。特許文献２に開示された制御器を用いた場合にもダイヤフラムをゆっくり開けている期間が存在する。つまり、特許文献２に開示された制御器はダイヤフラムを一気に開くことができない。第２の問題点は、特許文献２に開示された制御器を用いた場合、その構造が複雑であるという問題点である。構造が複雑であることは制御器コストの上昇につながる。しかも、特許文献２に開示された制御器は１つのダイヤフラム弁しか制御できない。このため、ダイヤフラム弁の数だけこの制御器を用意する必要がある。ダイヤフラム弁の数だけ制御器を用意する必要があることは、構造の複雑さという問題の影響をさらに大きくしている。
【００１２】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。その目的とするところは、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる、発熱抑制器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、管路を開閉する開閉弁１０２に接続される。発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、開閉弁１０２を介したガス容器１００へのガスの充填およびガス容器１００に蓄えられたガスの消費の際に用いられる。発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０とを備える。ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１は開閉弁１０２に接続される。ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１をガスが通過する。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０はガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と連通する。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０でガスが膨張する。
【００１４】
ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０がガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と連通しているので、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１を通過するガスの少なくとも一部はガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０に入る。ガスがガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０に入ると、そのガスは膨張する。ガスが膨張することでそのガスの圧力と温度とが低下する。
【００１５】
一方、開閉弁１０２の二次側管路１２９でのガスの温度上昇は、圧力の高いガスが開閉弁１０２の二次側管路１２９内を進むことでその中のガスが急速に圧縮されるために生じる。ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０の中でガスが膨張すると、そのガスの圧力と温度とが低下する。ガスの圧力と温度とが低下すると、そのガスの持つエネルギが減少する。エネルギが減少したガスがそこからさらに下流へ流れることで、その下流のガスが急速に圧縮される現象を抑えることができる。ガスが急速に圧縮される現象を抑えることができるので、ガスの温度上昇も抑制される。
【００１６】
このとき、ガスの温度上昇を抑制するには、ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０とがあればよい。その結果、構造を簡素化させることができる。
【００１７】
また、上述したガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１が、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へガスが流入するためのガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１と、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０内のガスがガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０から流出するためのガス流出路１３４，２２４，２５４とを有していることが好ましい。
【００１８】
ガス通過路１３０，１３４，２２０，２２４，２５０，２５４，２９１がガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１とガス流出路１３４，２２４，２５４とを有することで、ガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１からガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へ入り、ガス流出路１３４，２２４，２５４から出るという、ガスの流れが形成される。このようなガスの流れが形成されることで、ガス流入路１３０，２２０，２５０，２９１からガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０へ入って膨張し、温度と流速とが低下したガスの一部は、速やかにガス流出路１３４，２２４，２５４へ流れることとなる。そういったガスは、ガス流出路１３４，２２４，２５４の中で、ガス膨張室１３２，２２２，２５２，３５０内へいったん拡がった後にガス流出路１３４，２２４，２５４へ流出するガスに対して緩衝作用を及ぼす。そういった緩衝作用があることで、発熱抑制器より下流側の管路内のガスが急速に圧縮される現象を抑えることができる。その結果、ガスの温度上昇を抑制できる。
【００１９】
また、上述したガス膨張室１３２，３５０が、入口配置面１８２，３６２と、出口配置面１８４，３６４と、空間包囲部１８０，３６０とを有していることが好ましい。入口配置面１８２，３６２には、ガス流入路１３０，２９１の入口１３６，２９３が配置される。出口配置面１８４，３６４は、入口配置面１８２，３６２に対向する。出口配置面１８４，３６４には、ガス流出路１３４の出口１３８が配置される。空間包囲部１８０，３６０は、入口配置面１８２，３６２の外周と出口配置面１８４，３６４の外周とに連なる。空間包囲部１８０，３６０は、入口配置面１８２，３６２と出口配置面１８４，３６４との間の内部空間を包囲する。
【００２０】
入口配置面１８２，３６２にガス流入路１３０，２９１の入口１３６，２９３が配置され、入口配置面１８２，３６２と出口配置面１８４，３６４との間の内部空間を空間包囲部１８０，３６０が包囲する構造となっているので、入口１３６，２９３からガス膨張室１３２，３５０内へ入ったガスはさまざまな方向へ向かって膨張することになる。そのようにガスが膨張するので、ガスの膨張方向が所定の限られた方向となるよう規制される場合に比べ、ガスの圧力低下と温度低下とに効果がある。その結果、圧力の高いガスが二次側管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが二次側管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２１】
また、上述した空間包囲部１８０，３６０が、入口側曲面３１０，３８０と、出口側曲面３１２，３８２とを有することが好ましい。入口側曲面３１０，３８０は、入口配置面１８２，３６２に隣接し、かつ、入口配置面１８２，３６２を取囲む。出口側曲面３１２，３８２は、出口配置面１８４，３６４に隣接し、かつ、出口配置面１８４，３６４を取囲む。
【００２２】
入口側曲面３１０，３８０と出口側曲面３１２，３８２とが設けられていることにより、入口配置面１８２，３６２と空間包囲部１８０，３６０との境界、および、空間包囲部１８０，３６０と出口配置面１８４，３６４との境界が、丸みを帯びることとなる。これにより、これらの境界が角を形成している場合に比べ、ガスおよびパーティクルが滞留することを防ぐ。
【００２３】
また、上述したガス流入路１３０の入口１３６が内部空間を挟んで出口配置面１８４のうち出口１３８とは異なる箇所に対向していることが好ましい。
【００２４】
入口１３６が内部空間を挟んで出口配置面１８４のうち出口１３８とは異なる箇所に対向しているため、ガス膨張室１３２内に入り一直線に進んだガスは、出口配置面１８４のうち入口１３６が対向している箇所に当たることとなる。すなわち出口配置面１８４に当たるので、ガスの流速は低下する。ガスの流速が低下するので、ガス膨張室１３２を出たガスの圧力はガス膨張室１３２に入る前に比べて低下している。ガスの圧力が低下するので、ガス膨張室１３２内に入ったガスが一直線に進んで出口１３８から出て行く場合に比べ、圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２５】
また、上述したガス流入路１３０からガス膨張室１３２へのガスの流入方向がガス流入路１３０の入口１３６からガス流出路１３４の出口１３８へ向かう方向に対して傾くようガス流入路１３０が設けられていることが好ましい。
【００２６】
ガス流入路１３０からガス膨張室１３２へのガスの流入方向が入口１３６から出口１３８へ向かう方向に対して傾いていることで、ガス膨張室１３２内に入ったガスはまずガス膨張室１３２の内周面に沿って移動した後、出口１３８から出て行くこととなる。まずガス膨張室１３２の内周面に沿って移動するので、既にガス膨張室１３２内にあったガスから緩衝作用を受け、ガスの圧力と流速とは低下する。ガスの圧力と流速とが低下するので、ガス膨張室１３２内に入ったガスが一直線に進んで出口１３８から出て行く場合に比べ、圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できる。圧力の高いガスが発熱抑制器より下流側の管路内を進むことを効果的に抑制できるので、ガスの温度上昇を効果的に抑制できる。
【００２７】
また、上述したガス流入路２９１の内径が、ガス流入路２９１の入口２９３に近づくにつれ広がっていることが好ましい。
【００２８】
入口２９３に近づくにつれガス流入路２９１の内径が広がっているので、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、入口２９３から出口１３８へまっすぐ向かう供給ガスが少なくなっている。このため、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、ガス流出路１３４内における供給ガスの気圧または流速が高くならない。そのため、ガス流入路２９１の内径が一様な場合に比べ、温度上昇を抑えることができる。
【００２９】
また、上述した発熱抑制器１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００は、開閉弁１０２と一体となっていることが好ましい。
【００３０】
また、上述したガス容器１００がガスボンベであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、開閉弁を一気に開いたときのその開閉弁の二次側管路内での熱の発生を抑え、かつ、構造を簡素化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例にかかるガス供給設備の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例にかかる発熱抑制器の斜視図である。
【図３】本発明の実施例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図４】本発明の第１変形例にかかる発熱抑制器の外形とガス膨張室の形状とを示す概念図である。
【図５】本発明の第２変形例にかかる発熱抑制器の外形とガス膨張室の形状とを示す概念図である。
【図６】本発明の第３変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図７】本発明の第４変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図８】本発明の第５変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【図９】本発明の第６変形例にかかる発熱抑制器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
［ガス供給設備の構成］
図１は、本実施例にかかるガス供給設備１０の構成を示す図である。本実施例において、ガス供給設備１０にはガス容器すなわちガスボンベ１００が収容されている。ガスボンベ１００にダイヤフラム式開閉弁１０２が装着されている。ダイヤフラム式開閉弁１０２にエア式アクチュエータ１０４が接続される。エア式アクチュエータ１０４に電磁式切換弁１０６が接続される。電磁式切換弁１０６を励磁したり消磁したりすることで、エア式アクチュエータ１０４にエア（エアに限らず、その他の種類の駆動流体であってもよいことは言うまでもない）が流れたり、エア式アクチュエータ１０４から大気中へエアが放出されたりする。また、ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側管路１２９に発熱抑制器１０８が接続される。発熱抑制器１０８に周知の配管バルブ１１０が接続される。図１から明らかなように、これらはシリンダーキャビネット１１２内に備え付けてある。本実施例の場合、ガスボンベ１００の中のガス（以下、本実施例ではこのガスのことを「供給ガス」と称する。）はダイヤフラム式開閉弁１０２の取付ネジ部１２０を経由して図示しない半導体製造設備に供給される。すなわち、ダイヤフラム式開閉弁１０２は、図示しない半導体製造設備に供給ガスを供給するための管路を開閉するものである。
【００３５】
［発熱抑制器の構成］
図２は発熱抑制器１０８の斜視図である。図２に示す発熱抑制器１０８はその一部が切取られたものである。発熱抑制器１０８の構成を説明する。本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、図１に示したボルト１５０とナット１５２とで２つの部材が一体化されたものである。本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。
【００３６】
ガス流入路１３０に上述した供給ガスが流れる。その供給ガスはガス膨張室１３２に流入する。ガス膨張室１３２内で供給ガスが膨張する。ガス膨張室１３２内で膨張した供給ガスはガス流出路１３４へ流出し、そのまま配管バルブ１１０へ流れる。入口側接続穴１４０は図１に示した継手１７０（本実施例の場合、継手１７０内における供給ガスの流路の内径はガス流入路１３０の内径と等しい。もちろん、継手１７０内における供給ガスの流路の内径がガス流入路１３０の内径より小さくても良いことは言うまでもない。）がねじ込まれる穴である。出口側接続穴１４２は配管バルブ１１０の一端（本実施例の場合、配管バルブ１１０の一端における供給ガスの流路の内径はガス流出路１３４の内径と等しい。）がねじ込まれる穴である。ガスケット１４４はガス膨張室１３２から供給ガスが漏れるのを防ぐ。ボルト貫通孔１４６は図１に示したボルト１５０が貫通する孔である。
【００３７】
ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。入口配置面１８２の中心にガス流入路１３０の入口１３６が配置される。出口配置面１８４は入口配置面１８２に対向する。出口配置面１８４の中心にガス流出路１３４の出口１３８が配置される。本実施例における入口１３６はガス膨張室１３２の内部空間を挟んで出口１３８に対向している。図２から明らかなように、空間包囲部１８０は、入口配置面１８２の外周と出口配置面１８４の外周とに連なっている。空間包囲部１８０は、入口配置面１８２と出口配置面１８４との間にある空間を包囲する。
【００３８】
図３に示すように、本実施例にかかる空間包囲部１８０は、入口側曲面３１０と、出口側曲面３１２と、環状面３１４とを有する。入口側曲面３１０は、入口配置面１８２に隣接し、かつ、入口配置面１８２を取囲む。入口側曲面３１０が設けられていることで、入口配置面１８２と空間包囲部１８０との境界部分は丸みを帯びている。出口側曲面３１２は、出口配置面１８４に隣接し、かつ、出口配置面１８４を取囲む。出口側曲面３１２が設けられていることで、出口配置面１８４と空間包囲部１８０との境界部分も丸みを帯びている。環状面３１４は、入口側曲面３１０と出口側曲面３１２との間の面である。
【００３９】
［発熱抑制手順］
半導体製造設備のオペレータがその半導体製造設備に供給ガスを供給する際に本実施例にかかる発熱抑制器１０８を利用して発熱を抑制するための手順を説明する。
【００４０】
まず、オペレータは、電磁式切換弁１０６を励磁する。これにより供給源２０から供給されたエアはただちにエア式アクチュエータ１０４に入り、その中のピストン１６０を押上げる。次に、ピストン１６０は、皿バネ１２４によるステム１２２を押下げる力に逆らって、ステム１２２を引上げる。ステム１２２が引上げられると、ダイヤフラム１２６は全開となる。これにより、ダイヤフラム式開閉弁１０２の一次側管路１２８から二次側管路１２９へ供給ガスが一気に流れる。
【００４１】
二次側管路１２９へ流れた供給ガスは、継手１７０を介して発熱抑制器１０８のガス流入路１３０に入る。ガス流入路１３０に入った供給ガスは入口１３６を通ってガス膨張室１３２に入る。入口１３６付近で供給ガスは断熱膨張に近い状態で膨張する。その膨張によって供給ガスの温度は一気に低下する。しかも、その膨張によって供給ガスの流速は一気に低下する。このようにして温度と流速とが低下した供給ガスの一部は直ちに出口１３８を通ってガス流出路１３４内へ流出する。
【００４２】
温度と流速とが低下した供給ガスの残りはガス膨張室１３２内へ拡がる。もともとガス膨張室１３２内にあった供給ガスはその温度と流速とが低下した供給ガスによって断熱圧縮に近い状態で圧縮される。圧縮されたことにより、もともとガス膨張室１３２内にあった供給ガスの温度は上昇する。温度が上昇した供給ガスは、入口１３６から出口１３８の方へ向かう温度が低く前もって入った供給ガスと混合して順次出口１３８を通ってガス流出路１３４内へ流出する。
【００４３】
［本実施例にかかる発熱抑制器の効果の説明］
以上のようにして、本実施例にかかる発熱抑制器１０８は、ガス膨張室１３２内で膨張することにより温度と流速とが低下した供給ガスの一部が直ちに出口１３８からガス流出路１３４へ流れる。このときその供給ガスがガス流出路１３４より下流側の管路内の供給ガスに与えるエネルギは、ガス膨張室１３２に入った瞬間の供給ガスのエネルギに比べると小さい。また温度と流速とが低下した供給ガスの一部が直ちにガス流出路１３４へ流れることで、その供給ガス自身が、ガス膨張室１３２内へいったん拡がった後にガス流出路１３４へ流出する高速度で高温な供給ガスに対して緩衝作用を及ぼす。そういった緩衝作用があることで、発熱抑制器１０８の下流側における発熱を抑制する。
【００４４】
［変形例の説明］
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上述した発熱抑制器１０８はダイヤフラム式開閉弁１０２と一体となっていてもよい。なお、ここでいう「一体」とは、発熱抑制器１０８の機能を果たす部分とダイヤフラム式開閉弁１０２本来の機能を果たす部分とが１つの構造物の中に存在しており、かつ、発熱抑制器１０８の機能を果たす部分がダイヤフラム式開閉弁１０２本来の機能を果たす部分に接続された状態であることを意味する。また、発熱抑制器１０８は開閉弁１０２を介したガス容器１００へのガスの充填に用いられてもよい。この場合、発熱抑制器１０８は、上述した配管バルブ１１０に代えて、図示しないガス供給装置の開閉弁に接続されている。また、ガス流入路１３０とガス流出路１３４とに代え、１本のガス通過路が設けられてもよい。この場合、入口１３６と出口１３８に代え、１つの連通孔によってガス膨張室１３２とガス通過路とが連通していてもよい。その他の様々な変形例も本発明の範囲に含まれる。以下、そのような変形例の一部を説明する。
【００４５】
<第１変形例>
図４は、本発明の第１変形例にかかる発熱抑制器２００の外形とガス膨張室２２２の形状とを示す概念図である。本変形例にかかる発熱抑制器２００は、複数の部材が図示しないボルトにより一体化することで形成されているが、本発明にかかる発熱抑制器の構造はそういった構造に限定されるものではない。本変形例にかかる発熱抑制器２００は、ガス流入路２２０と、ガス膨張室２２２と、ガス流出路２２４とを備える。ガス流入路２２０に供給ガスが流れる。その供給ガスは入口２２６を経てガス膨張室２２２に流入する。ガス膨張室２２２内で供給ガスが膨張する。図４から明らかなように、ガス膨張室２２２の形状は円筒形である。ガス膨張室２２２内で膨張した供給ガスは出口２２８を経てガス流出路２２４へ流出する。
【００４６】
<第２変形例>
図５は、本発明の第２変形例にかかる発熱抑制器２４０の外形とガス膨張室２５２の形状とを示す概念図である。本変形例にかかる発熱抑制器２４０も、複数の部材が図示しないボルトにより一体化することで形成されているが、本発明にかかる発熱抑制器の構造はそういった構造に限定されるものではない。本変形例にかかる発熱抑制器２４０は、ガス流入路２５０と、ガス膨張室２５２と、ガス流出路２５４とを備える。ガス流入路２５０に供給ガスが流れる。その供給ガスは入口２５６を経てガス膨張室２５２に流入する。ガス膨張室２５２内で供給ガスが膨張する。図５から明らかなように、ガス膨張室２５２の形状は球形である。ガス膨張室２５２内で膨張した供給ガスは出口２５８を経てガス流出路２５４へ流出する。
【００４７】
<第３変形例>
図６は、本発明の第３変形例にかかる発熱抑制器３００の断面図である。本変形例にかかる発熱抑制器３００は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室３５０と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、ガス膨張室３５０の形状である。本変形例にかかるガス膨張室３５０の形状は扁球形すなわち押し潰された球形である。本変形例にかかるガス膨張室３５０は、空間包囲部３６０と、入口配置面３６２と、出口配置面３６４とを有している。入口配置面３６２と、出口配置面３６４とは、凹んだ曲面であることを除けば、図２で示した発熱抑制器１０８の入口配置面１８２および出口配置面１８４と同一である。本変形例にかかる空間包囲部３６０は、図２で示した空間包囲部１８０と同様に、入口配置面３６２の外周と出口配置面３６４の外周とに連なり、かつ、入口配置面３６２と出口配置面３６４との間の内部空間を包囲する。空間包囲部３６０は、入口側曲面３８０と出口側曲面３８２とが連なったものである。したがって、断面形状は半円形である。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。他の変形例と同様に、入口１３６の位置が図６で示した位置に限定されないことは言うまでもない。
【００４８】
<第４変形例>
図７は、本発明の第４変形例にかかる発熱抑制器２７０の断面図である。本変形例にかかる発熱抑制器２７０は、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかる発熱抑制器２７０の場合、ガス流入路１３０と入口１３６との位置が図２で示した発熱抑制器１０８と異なるため、入口１３６がガス膨張室１３２の内部空間を挟んでガス膨張室１３２の内周面（すなわち本変形例の場合には出口配置面１８４）に対向していることのみである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。ただし入口１３６の位置が図７で示した位置に限定されないことは言うまでもない。本変形例にかかる発熱抑制器２７０は、入口１３６が出口配置面１８４に対向しているので、入口１３６を経てガス膨張室１３２内に入った供給ガスはまず出口配置面１８４に衝突することとなる。出口配置面１８４に衝突することで直接出口側接続穴１４２に流れ込まないので、供給ガスの流速はその分低下する。流速が低下するので、空間包囲部１８０付近での温度上昇を抑えることができる。
【００４９】
<第５変形例>
図８は、本発明の第５変形例にかかる発熱抑制器２８０の断面図である。図２で示した発熱抑制器１０８および第４変形例にかかる発熱抑制器２７０と同様、本変形例にかかる発熱抑制器２８０も、ガス流入路１３０と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかる発熱抑制器２８０の場合、ガス流入路１３０の中心軸がガス流出路１３４の中心軸に対して５°（π／３６ラジアン）傾いているため、入口１３６がガス膨張室１３２の内部空間を挟んでガス膨張室１３２の内周面（すなわち本変形例の場合には出口配置面１８４）に対向していることのみである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。ただしガス流出路１３４の中心軸に対するガス流入路１３０の中心軸の傾き（ガス流出路１３４内の流れの方向に対するガス流入路１３０内の流れの方向の傾き）が上述したものに限定されないことは言うまでもない。この傾きは、５°〜１５°（π／３６ラジアン〜π／１２ラジアン）であることが好ましい。本変形例にかかる発熱抑制器２８０において入口１３６が出口配置面１８４に傾斜対向しているので、入口１３６を経てガス膨張室１３２内に入った供給ガスはまず出口配置面１８４に傾斜衝突することとなる。出口配置面１８４に衝突するので、供給ガスの流速はその分低下する。流速が低下するので、空間包囲部１８０付近での温度上昇を抑えることができる。
【００５０】
<第６変形例>
図９は、本発明の第６変形例にかかる発熱抑制器２９０の断面図である。図２で示した発熱抑制器１０８および第４変形例にかかる発熱抑制器２７０と同様、本変形例にかかる発熱抑制器２９０も、ガス流入路２９１と、ガス膨張室１３２と、ガス流出路１３４と、入口側接続穴１４０と、出口側接続穴１４２と、ガスケット１４４と、ボルト貫通孔１４６とを備える。ガス膨張室１３２は、空間包囲部１８０と、入口配置面１８２と、出口配置面１８４とを有している。図２で示した発熱抑制器１０８との相違点は、本変形例にかかるガス流入路２９１の場合、ガス膨張室１３２への入口２９３に近づくにつれ内径が広がっていることである。その他の点は図２で示した発熱抑制器１０８と同様である。本変形例にかかる発熱抑制器２９０は、ガス流入路２９１の内径が入口２９３に近づくにつれ広がっているので、図２で示した発熱抑制器１０８に比べ、入口２９３から出口１３８へまっすぐ向かう供給ガスが少なくなっている。このため、ガス流出路１３４内における供給ガスの気圧または流速が高くならない。そのため、温度上昇を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…ガス供給設備
２０…供給源
１００…ガスボンベ
１０２…ダイヤフラム式開閉弁
１０４…エア式アクチュエータ
１０６…電磁式切換弁
１０８，２００，２４０，２７０，２８０，２９０，３００…発熱抑制器
１１０…配管バルブ
１１２…シリンダーキャビネット
１２０…弁本体
１２２…ステム
１２４…皿バネ
１２６…ダイヤフラム
１２８…一次側管路
１２９…二次側管路
１３０，２２０，２５０，２９１…ガス流入路（ガス通過路）
１３２，２２２，２５２，３５０…ガス膨張室
１３４，２２４，２５４…ガス流出路（ガス通過路）
１３６，２２６，２５６，２９３…入口
１３８，２２８，２５８…出口
１４０…入口側接続穴
１４２…出口側接続穴
１４４…ガスケット
１４６…ボルト貫通孔
１５０…ボルト
１５２…ナット
１６０…ピストン
１７０…継手
１８０，３６０…空間包囲部
１８２，３６２…入口配置面
１８４，３６４…出口配置面
３１０，３８０…入口側曲面
３１２，３８２…出口側曲面
３１４…環状面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路を開閉する開閉弁に接続され、前記開閉弁を介したガス容器へのガスの充填および前記ガス容器に蓄えられた前記ガスの消費の際に用いられる、発熱抑制器であって、
前記開閉弁に接続され前記ガスが通過するガス通過路と、
前記ガス通過路と連通し、前記ガスが膨張するガス膨張室とを備えていることを特徴とする、発熱抑制器。
【請求項２】
前記ガス通過路が、
前記ガスが前記ガス膨張室へ流入するためのガス流入路と、
前記ガス膨張室内の前記ガスが前記ガス膨張室から流出するためのガス流出路とを有していることを特徴とする、請求項１に記載の発熱抑制器。
【請求項３】
前記ガス膨張室が、
前記ガス流入路の入口が配置される入口配置面と、
前記入口配置面に対向し、かつ、前記ガス流出路の出口が配置される出口配置面と、
前記入口配置面の外周と前記出口配置面の外周とに連なり、前記入口配置面と前記出口配置面との間の内部空間を包囲する空間包囲部とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の発熱抑制器。
【請求項４】
前記空間包囲部が、
前記入口配置面に隣接し、かつ、前記入口配置面を取囲む、入口側曲面と、
前記出口配置面に隣接し、かつ、前記出口配置面を取囲む、出口側曲面とを有することを特徴とする、請求項３に記載の発熱抑制器。
【請求項５】
前記ガス流入路の入口が前記内部空間を挟んで前記出口配置面のうち前記出口とは異なる箇所に対向していることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の発熱抑制器。
【請求項６】
前記ガス流入路から前記ガス膨張室への前記ガスの流入方向が前記ガス流入路の入口から前記ガス流出路の出口へ向かう方向に対して傾くよう前記ガス流入路が設けられていることを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項７】
前記ガス流入路の内径が、前記ガス流入路の入口に近づくにつれ広がっていることを特徴とする、請求項３から請求項６のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項８】
前記開閉弁と一体となっていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項９】
前記ガス容器がガスボンベであることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項１】
管路を開閉する開閉弁に接続され、前記開閉弁を介したガス容器へのガスの充填および前記ガス容器に蓄えられた前記ガスの消費の際に用いられる、発熱抑制器であって、
前記開閉弁に接続され前記ガスが通過するガス通過路と、
前記ガス通過路と連通し、前記ガスが膨張するガス膨張室とを備えていることを特徴とする、発熱抑制器。
【請求項２】
前記ガス通過路が、
前記ガスが前記ガス膨張室へ流入するためのガス流入路と、
前記ガス膨張室内の前記ガスが前記ガス膨張室から流出するためのガス流出路とを有していることを特徴とする、請求項１に記載の発熱抑制器。
【請求項３】
前記ガス膨張室が、
前記ガス流入路の入口が配置される入口配置面と、
前記入口配置面に対向し、かつ、前記ガス流出路の出口が配置される出口配置面と、
前記入口配置面の外周と前記出口配置面の外周とに連なり、前記入口配置面と前記出口配置面との間の内部空間を包囲する空間包囲部とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の発熱抑制器。
【請求項４】
前記空間包囲部が、
前記入口配置面に隣接し、かつ、前記入口配置面を取囲む、入口側曲面と、
前記出口配置面に隣接し、かつ、前記出口配置面を取囲む、出口側曲面とを有することを特徴とする、請求項３に記載の発熱抑制器。
【請求項５】
前記ガス流入路の入口が前記内部空間を挟んで前記出口配置面のうち前記出口とは異なる箇所に対向していることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の発熱抑制器。
【請求項６】
前記ガス流入路から前記ガス膨張室への前記ガスの流入方向が前記ガス流入路の入口から前記ガス流出路の出口へ向かう方向に対して傾くよう前記ガス流入路が設けられていることを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項７】
前記ガス流入路の内径が、前記ガス流入路の入口に近づくにつれ広がっていることを特徴とする、請求項３から請求項６のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項８】
前記開閉弁と一体となっていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の発熱抑制器。
【請求項９】
前記ガス容器がガスボンベであることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の発熱抑制器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５７７１９（Ｐ２０１２−５７７１９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１６１８（Ｐ２０１０−２０１６１８）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５９１０３８６０２）株式会社ネリキ (54)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５９１０３８６０２）株式会社ネリキ (54)
【Ｆターム（参考）】
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